Метиленско сино и потпорните клетки на мозокот: астроцити, микроглија и воспаление

Да претпоставиме дека спроведувате два експеримента со истата сина боја и добивате два охрабрувачки резултата. Во еден сад, ѕвездестите потпорни клетки преживуваат лишување од кислород и гликоза. Во друг, имуните клетки на мозокот ја задржуваат својата мирна, разгранета форма и покрај присуството на бактериски токсин. Примамливо е двата резултата да се спојат во едно тврдење: бојата го смирува воспалението во мозокот и го штити мозокот. Токму кај ова спојување внимателните читатели треба да подзастанат.

Мозокот има две популации потпорни клетки со различни задачи, а метиленското сино се испитува врз секоја од нив со различен експериментален поттик. Астроцитите се клетки за метаболичка поддршка. Тие се наоѓаат меѓу крвните садови и невроните, го отстрануваат вишокот глутамат, ги ублажуваат промените во концентрацијата на калиум, складираат гликоген и им пренесуваат гориво на невроните кога побарувачката нагло расте. Микроглијата ја сочинуваат резидентните имуни надзорни клетки. Нивните тенки продолжетоци патролираат низ ткивото, откриваат бактериски сигнали и сигнали за оштетување, а при тревога се повлекуваат во заоблена амебоидна форма приспособена за миграција и проголтување, додека ослободуваат сигнални молекули. Резултатот од едната популација не се пренесува на другата, а мерењето употребено во секој случај одредува што навистина е покажано.

Астроцити под метаболички стрес: времето на примена е клучниот резултат

Експериментот со астроцити започнува со лишување. Истражувачите култивирале кортикални астроцити од новородени глувци, ја отстраниле гликозата и речиси целиот кислород во текот на шест часа, а потоа ги вратиле двата во текот на дваесет и четири часа — лабораториски модел на мозочен удар проследен со реперфузија. Кога метиленското сино било присутно во фазата на лишување, преживувањето на клетките се влошило. Кога било додадено само во фазата на повторна оксигенација, при 0.1 и 1 микромолар, преживувањето значително се подобрило според тестот за вијабилност со калцеин. Студијата со астроцити од глувци ја опишува оваа разлика според времето на примена заедно со податоците за респирацијата.

Таа разлика е најважниот наод. За време на лишувањето речиси нема кислород што би ги прифатил електроните, па преносникот на електрони нема каде да ги предаде. При повторната оксигенација механизмот повторно се активира и бојата има улога што може да ја изврши. Третираните астроцити трошеле повеќе кислород, преземале повеќе гликоза, произведувале повеќе ATP и ги обновувале резервите на гликоген, со повисока активност на хексокиназата и без зголемување на митохондрискиот супероксид. Предложеното објаснување е познатото од приказот на метиленското сино како митохондриски преносник на електрони: тоа ги пренесува електроните заобиколувајќи ги блокираните места во респираторниот синџир, така што респирацијата повторно започнува без истекување на електрони што би создало реактивни видови.

Забележете за каков вид докази станува збор. Ова е резултат за преживување и метаболизам кај еден изолиран тип клетки, со јасно определен период на ефективна примена — опоравување, а не лишување — и со наведен опсег на концентрации. Тој не кажува ништо за имуната сигнализација, ниту за однесувањето.

Микроглија при бактериска тревога: репрограмиран метаболизам

Експериментите со микроглија започнуваат со спротивен поттик: не гладување, туку лажна инфекција. Липополисахаридот, фрагмент од надворешната мембрана на бактериите, се врзува за сензорите на вродениот имунитет и ја наведува микроглијата да реагира како да пристигнале патогени, иако нема живи бактерии. Кај глувци на кои им бил даден липополисахарид и во култивирана микроглијална клеточна линија, резултатот е позната воспалителна програма: се зголемуваат провоспалителните фактори, микроглијата се поларизира кон агресивната состојба M1, соседните неврони умираат, а животните постигнуваат полоши резултати во задачите за учење и помнење.

Студијата на овој одговор кај глувци го поврзува со патека за детекција на кислород: липополисахаридот предизвикува прекумерна експресија на PHD3, еден од трите ензими пролил хидроксилаза, преку сигналниот синџир Siah2/Morg1 што дејствува претходно во патеката. Истовремено, клетките ја репрограмираат употребата на енергија кон аеробна гликолиза со зголемени митохондриски реактивни кислородни видови — промена што авторите ја измериле директно со метаболички тестови Seahorse за потрошувачка на кислород и екстрацелуларно закиселување. Метиленското сино ги поништило и метаболичката промена и прекумерната експресија на PHD3, ги намалило воспалителните фактори, ја намалило смртта на невроните и ги подобрило резултатите на тестовите за однесување. Позитронската емисиона томографија додала уште еден слој докази преку снимање: липополисахаридот го зголемил преземањето гликоза во хипокампусот на FDG-PET, а третманот повторно го намалил, што е во согласност со помалку активен воспалителен метаболизам во живиот мозок.

Ова е поширок збир мерења отколку во студијата со астроцити — цитокини, метаболизам, снимање и однесување кај животни — но се однесува на друг поттик и на друг тип клетки. Читателите што ги споредуваат двете студии треба да ги разграничат поттиците: едната студија спасува потпорни клетки лишени од хранливи материи за време на опоравувањето, а другата ја пригушува лажната тревога за инфекција во имуните клетки.

Микроглија под микроскоп: формата како показател

Трет експеримент ја разгледува истата бактериска тревога само преку формата. Во глијални култури од кортекс на стаорец, контролните микроглијални клетки обоени за маркерот IBA1 покажуваат многу тенки продолжетоци — разгранетата форма за надзор. По дваесет и четири часа изложеност на липополисахарид при 10 микрограми на милилитар, клетките се сплескуваат во амебоидна форма, а површината на нивното клеточно тело расте додека периметарот останува приближно непроменет, што е геометриски показател за заоблување. Метиленското сино при 1 микромолар, дадено истовремено со токсинот, ги зачувало разгранетите продолжетоци и ги одржало површината и периметарот на телото блиску до контролните вредности. Студијата со култури од стаорци го квантифицира ова зачувување на формата со мерења на површината и периметарот на клеточното тело.

Два детали ѝ даваат на оваа студија поголема вредност од обична слика. Прво, соединението за споредба менадион, друга редокс-активна молекула при истата концентрација, не ја зачувало формата и самото ги насочило клетките кон активираната форма, па ефектот не е општа особина на сите молекули што учествуваат во редокс-циклуси. Второ, авторите го поврзуваат ефектот на бојата со активирање на Nrf2, програма управувана од транскрипциски фактор што ја регулира експресијата на антиоксидантни и антивоспалителни гени, а не само со директно неутрализирање на реактивните видови. Поврзаните разгледувања на редокс-сигнализацијата и воспалителната сигнализација ја поставуваат оваа врска со Nrf2 во контекст.

Сепак, формата е најограничениот од трите показатели. Разгранета клетка обично е клетка што врши надзор, а заоблена клетка обично е активирана, но морфологијата е посреден показател, а не транскрипт. Оваа култура не содржела имуни клетки од крвта, невронски кола, ниту мерлив исход во однесувањето.

Споредбено читање на трите резултати

Образецот низ редовите е дека секој поттик има свое мерење и свој одговор. Метаболичкото спасување одговара на прашање за метаболизмот. Податоците за цитокините и однесувањето одговараат на прашање за воспалението. Формата одговара на прашање за формата. Ниту еден од трите резултати сам по себе не се пренесува во другата област.

Што не докажува микроглијата што изгледа посмирено

Ова е реченицата што ѝ е потребна на целата тема: микроглијата што изгледа помалку активирано, или изменетиот микроглијален метаболизам, сами по себе не докажуваат подобрена функција на мозокот.

Морфологијата може да се промени без соодветна промена на функцијата. Клетката може да ги задржи своите разгранувања, а сепак да ослободува цитокини, или да се заобли додека врши корисно отстранување клеточни остатоци. Метаболичките мерења го имаат истото ограничување: запис од Seahorse или PET-снимка го покажуваат управувањето со енергијата, а не когницијата. Студијата со глувци што ги споила метаболичките показатели и показателите за формата со тестови за однесување е посилна токму затоа што комбинирала нивоа на докази, наместо да очекува едно мерење да го поткрепи целиот заклучок. Дури и таму важат вообичаените ограничувања, бидејќи липополисахаридот моделира стерилна тревога, а не вистинска инфекција, глувците не се луѓе, а и самите автори ги истакнуваат разликите меѓу видовите. Секој што планира понатамошни истражувања треба да процени како наодите за микроглијата се пренесуваат меѓу моделите пред да претпостави дека патеката се однесува идентично во човечко ткиво.

Од ова произлегува практична последица за времето на примена. Резултатот со астроцити покажува неповолен исход при рано дозирање и поволен исход при дозирање за време на опоравувањето. Резултатите со микроглија потекнуваат од дозирање околу времето на воспалителниот поттик. Во реални услови, повредата на мозокот ги меша двете фази истовремено: енергетско откажување и имуна тревога, кои се развиваат во текот на повеќе часови. Експеримент што изолира една фаза не може да го одреди распоредот за комбинираниот случај, па затоа во дискусиите за временските прозорци на дозирање временските текови на лишувањето и воспалението се разгледуваат одделно.

Точното резиме може да се смести во еден пасус. Кај изолирани астроцити, метиленското сино дадено при повторна оксигенација ја рестартира респирацијата и ги спасува клетките. Кај микроглија изложена на бактериски фрагмент, тоа поништува воспалителна метаболичка програма преку специфична патека PHD3 и ја зачувува формата во мирување. Секој резултат е реален во рамките на својата експериментална поставеност, а ниту еден не претставува општ заклучок за воспалението во мозокот. Споредбата на глијалните клетки е корисна токму затоа што спречува овие две приказни да се слеат во една.